TiC-TiB2准共晶复合陶瓷的微观结构与凝固行为

采用超重力下燃烧合成技术,制备出TiC-40%TiB2准共晶复合陶瓷。XRD、SEM与EDS结果表明,复合陶瓷主要由大量细小的TiB2片晶均匀分布于TiC基体上的共晶组织构成。超重力下的燃烧化学将获得纯净的Ti-W-Cr-C-B合金液,并随即发生凝固反应。TiC在凝固过程中率先形核,TiB2依附于TiC形核析出,二者以合作方式生长,但是由于TiC较TiB2具有更快的生长速率,从而形成TiC包覆TiB2片晶的准共晶组织。     

燃烧合成TiB2-Al2O3陶瓷复合粉体及其表征

采用TiB2-Al2O3-Al还原体系，通过燃烧还原技术制备了TiB2-Al2O3陶瓷复合粉体。利用XRD，XPS和SEM技术对合成粉体的相组成、化学组成及宏观组织结构进行了分析。复合粉的显微结构由TEM和HREM进行表征。结果表明，用燃烧合成法在420℃～700℃之间可制得TiB2-Al2O3陶瓷复合粉体。该粉体仅由TiB2和Al2O3两相组成，颗粒分布较均匀。由于TiB2与Al2O3间形成了结合良好的界面，颗粒间彼此能有效地抑制晶粒长大，从而使TlB2-Al2O3陶瓷复合粉的粒径减小，颗粒平均粒度在3μm～5μm之间。     

TiC-TiB_2复合陶瓷磨削裂纹的试验研究

本文基于压痕断裂力学,分析了TiC-TiB2复合陶瓷磨削裂纹的特征,并对TiC-TiB2复合陶瓷磨削裂纹的形成及扩展过程进行了研究。磨削实验发现：TiC-TiB2陶瓷磨削裂纹密度较大,为穿晶裂纹和沿晶裂纹的混合形式;裂纹易在陶瓷内部缺陷处形成,并因陶瓷显微组织不均匀性而发生钉扎、偏转、分叉及桥接,使得材料中裂纹的扩展呈现不连续性;TiB2硬质相会对裂纹的扩展有一定的阻碍作用。     

机械振动对燃烧合成Al2O3／ZrO2（3Y）自增韧复合陶瓷的影响

基于燃烧合成制备Al2O3／ZrO2（3Y）自增韧复合陶瓷，研究了机械振动工艺对陶瓷显微结构与力学性能的影响。经研究发现，施以机械振动并相应提高振频，可通过引入惯性力，提高陶瓷熔体实际温度，促进陶瓷致密；并且，施以机械振动并相应提高振频，不仅因增大陶瓷熔体过冷度与凝固速率、细化棒晶组织并降低棒晶内纳微米纤维尺寸，使陶瓷得以强化，而且又可通过细化棒晶组织并增大其长径比，增强棒晶裂纹桥接与拔出效应，使材料韧性又得以提升。     

超声振动砂带磨削TiC-TiB_2复合陶瓷的效率研究

本文采用超声振动砂带磨削的方法对超重力下燃烧合成的TiC-TiB2复合陶瓷进行磨削试验,寻求提高效率的途径和方法。通过与超声砂轮磨削和普通砂带磨削的对比试验,研究砂带种类、粒度及磨削工艺参数对磨削效率的影响规律,得出当磨削深度0.04 mm,砂带线速度15.2 m/s,工件进给速度1 000mm/min,金刚石砂带粒度60时,材料标准切除率较高。     

Al2O3／ZrO2（3Y）快速凝固共晶复合陶瓷显微结构、裂纹桥接与增韧

通过在铝热剂中添加适量的ZrO2（3Y）粉末，借助燃烧合成及远离平衡态下的快速凝固方式，制备出Al2O3／ZrO2（3Y）共晶复合陶瓷。XRD，SEM与EPMA分析得出，陶瓷基体是由t-ZrO2纳微米纤维镶嵌于其上、长径比为10．0～14．0且呈随机生长的氧化铝棒晶及少量的α-Al2O3片晶构成。结合裂纹扩展路径与棒晶内部结构，可认为因共晶凝固所形成的、存在于蓝宝石棒晶上的高密度异相界面及因共晶两相热膨胀失配所诱发的高残余压应力，蓝宝石棒晶得以强化，因而陶瓷的主要增韧机制来自因蓝宝石棒晶裂纹桥接所产生的内部弹性应变能释放及因高能、大角度晶界解离所诱发的能量消耗，并伴随着因片晶摩擦互锁效应所造成的能量耗散过程。     

TiC基自生复合陶瓷的凝固行为

以超重力下燃烧合成方式原位合成出TiC基金属陶瓷,并研究了复合陶瓷显微组织与生成机理.XRD,FESEM与EDS分析结果表明,陶瓷基体主要由TiC球晶相组成,同时在两相间还分布着少量的WB与ε-(Ti,W)C以及含量更少的Fe<,6>W<,7>、Al<,2>O<,3>与ZrO<,2>.TiC基复合陶瓷的形成主要为三个阶段:一是在超重力作用下,燃烧反应快速进行,迅速获得全液相产物;二是超重力促使氧化物液相发生Stocks迁移,从而得到Ti-W-Fe-C-B合金液相;最后,TiC在Ti-W-Fe-C-B合金液相的冷却过程中优先形核、析出.     

大尺寸Al2O3/ZrO2(4Y)共晶复合陶瓷板制备与结构转化

通过在燃烧合成过程中引入超重力,可以制备出大尺寸、低缺陷的Al2O3/ZrO2(4Y)共晶复合陶瓷板.XRD表明,超重力并不改变陶瓷的物相组成,其基体均由α-Al2O3、t-ZrO2与m-ZrO2组成;SEM分析显示,随着超重力的增大,镶嵌有t-ZrO2纤维的共晶团发生胞状组织向棒状组织的转化,且共晶团体积分数与长径比逐渐增大;力学性能测试表明,复合陶瓷相对密度、硬度与断裂韧度随超重力增大而增大,至225g(重力加速度)时均达到最高值,分别为97.8%、18.7 Gpa与15.6 Mpa·m1/2;并且,陶瓷的高断裂韧度是因棒状共晶团的裂纹偏转与桥接增韧及处于共晶团边界上的t-ZrO2微米球晶的相变增韧与微裂纹增韧机制所致.     

机械振动对燃烧合成Al2O3/ZrO2(3Y)自增韧复合陶瓷的影响

基于燃烧合成制备Al2O3/ZrO2(3Y)自增韧复合陶瓷,研究了机械振动工艺对陶瓷显微结构与力学性能的影响.经研究发现,施以机械振动并相应提高振频,可通过引入惯性力,提高陶瓷熔体实际温度,促进陶瓷致密;并且,施以机械振动并相应提高振频,不仅因增大陶瓷熔体过冷度与凝固速率、细化棒晶组织并降低棒晶内纳微米纤维尺寸,使陶瓷得以强化,而且又可通过细化棒晶组织并增大其长径比,增强棒晶裂纹桥接与拔出效应,使材料韧性又得以提升.     

超重力对燃烧合成Al2O3/ZrO2自生复合陶瓷的影响

通过向铝热剂中引入ZrO2（4Y）粉末，在超重力下以燃烧合成方式，制备出Al2O3／ZrO2（4Y）自生复合陶瓷。XRD分析与SEM图像显示，陶瓷基体由亚微米t-ZrO2纤维成排镶嵌其上、取向各异的棒状共晶团及Al2O3块晶与ZrO2颗粒分布其上的细小共晶团边界构成。相比于重力下制备的同成分复合陶瓷，因超重力促进燃烧过程、提高燃烧速率并加快液相传质速率，可显著促进液态金属／陶瓷液相／气相三者分离，并使陶瓷熔体成分更趋均匀化，故材料致密度得以大幅提高，相对密度达98．3％。陶瓷基体微观组织更为纯净、细小、均匀，Al2O3／ZrO2（4Y）共晶团体积分数高达96．8％，与重力下燃烧合成的同成分复合陶瓷比较，力学性能得以显著提升，维氏硬度、断裂韧度及弯曲强度分别提高了37．2％、56．4％与69．1％。     

Al2O3/ZrO2(3Y)快速凝固共晶复合陶瓷显微结构、裂纹桥接与增韧

通过在铝热剂中添加适量的ZrO2(3Y)粉末,借助燃烧合成及远离平衡态下的快速凝固方式,制备出Al2O3/ZrO2(3Y)共晶复合陶瓷.XRD,SEM与EPMA分析得出,陶瓷基体是由t-ZrO2纳微米纤维镶嵌于其上、长径比为10.0～14.0且呈随机生长的氧化铝棒晶及少量的α-Al2O3片晶构成.结合裂纹扩展路径与棒晶内部结构,可认为因共晶凝固所形成的、存在于蓝宝石棒晶上的高密度异相界面及因共晶两相热膨胀失配所诱发的高残余压应力,蓝宝石棒晶得以强化,因而陶瓷的主要增韧机制来自因蓝宝石棒晶裂纹桥接所产生的内部弹性应变能释放及因高能、大角度晶界解离所诱发的能量消耗,并伴随着因片晶摩擦互锁效应所造成的能量耗散过程.     

TiC-TiB2细晶陶瓷凝固组织、断裂行为与原位增韧

通过采用超重力下燃烧合成制备TiC-TiB2细晶陶瓷,研究了陶瓷凝固组织与晶体生长特征,探讨了陶瓷显微组织与断裂行为、增韧机制的关系。XRD、FESEM与EDS分析表明,TiC-TiB2复合陶瓷基体主要由大量细小的TiB2片晶及分布其周围的形状不规则的TiC相构成,TiB2片晶的形成是因其小平面晶体生长特性所致,而不规则TiC的晶体形貌则是因非小平面晶体生长特性及高的生长速率所造成的。陶瓷相对密度、硬度(HV)、弯曲强度及断裂韧度分别为98.6%、21.8GPa、650MPa、12.5MPa·m1/2,并且陶瓷增韧是小尺寸TiB2片晶的裂纹偏转、裂纹桥接、片晶拔出及摩擦互锁原位增韧机制协同作用的结果。     

Fe含量对燃烧合成TiB_2-Al_2O_3复相陶瓷组织与性能的影响

利用燃烧合成及机械加压法制备出TiB2-Al2O3复相陶瓷,研究了金属粘结相Fe对合成产物组织和性能的影响。结果表明,Fe的加入虽没有影响TiB2-Al2O3复相陶瓷的微观形貌,但明显提高了其致密度,当其含量为10%时,合成产物的致密度最高为98.4%;随着Fe含量的增加,TiB2-Al2O3复相陶瓷的硬度稍有下降。     

等离子熔覆TiB_2长条+TiC颗粒多尺度复合强化陶瓷涂层

以Ti、Fe、B4C为初始粉末,采用等离子熔覆的方法,在Q235低碳钢表面获得了Fe基Ti B2长条、Ti C颗粒等多尺度强化相的陶瓷涂层,并分析了涂层的物相组成、组织结构、显微硬度,探讨了物相、组织结构的形成过程。结果表明,涂层主要物相为Ti B2、Ti C、Fe2B、Fe3(C,B)和α-Fe,其中Ti B2主要为长条状,长度为60~74μm,少部分呈近六边形块状,尺寸为4~5μm,而Ti C主要是不规则的多边形细小颗粒,尺寸2~3μm,均匀地分散在涂层中,还有部分Ti C呈枝晶状;涂层与基体之间存在过渡层,涂层与基体之间结合紧密,呈冶金结合;随着等离子束电流的增加,长条状的Ti B2数量减少而近六边形的块状Ti B2数量增加,Ti C枝晶生长更加充分。因Ti B2长条和细小的Ti C颗粒共存,对涂层起到多尺度复合强化作用。     

Al_2O_3-TiC复合陶瓷的冷压烧结

研究了Al2O3－TiC复合陶瓷的冷压烧结。实验结果表明：通过添加少量的烧结助剂,Al2O3＋TiC冷压烧结能制造出致密的复合陶瓷,制品性能与热压制品性能相当。氢气流量及烧结填料是冷压烧结的工艺关键。     

超重力下燃烧合成TiC-TiB2细晶复合陶瓷

采用超重力下燃烧合成工艺,以快速凝固方式制备出TiB2系列含量的TiC-TiB2细晶复合陶瓷。XRD、FESEM与EDS分析表明,随TiB2含量的增加,TiC-TiB2复合陶瓷基体从TiC微米球晶组织逐渐转化为TiB2小尺寸片晶组织,且对于TiB2含量为50%的TiC-TiB2复合陶瓷,可获得TiB2小尺寸片晶均匀镶嵌于TiC基体上的共晶组织。力学性能测试结果表明,TiB2的摩尔分数为50%的TiC-TiB2复合陶瓷因在凝固过程中发生共晶反应,陶瓷相对密度和硬度均达到最高值(分别为98.6%和18.4GPa),并且因TiB2小尺寸片晶在裂纹扩展时所诱发的裂纹偏转、桥接及片晶拔出增韧机制的协同作用,TiB2的含量为66.7%的TiC-TiB2复合陶瓷具有最高的断裂韧度(13.4MPa·m0.5)。     

燃烧合成-热压制备Al_2O_3-TiC-ZrO_2纳米复合陶瓷的力学性能与显微结构

以ＴｉＯ２,Ａｌ;Ｃ,纳米 ＺｒＯ２粒子为原料,利用燃烧合成－热压工艺制备了Ａｌ２Ｏ３－ＴｉＣ－ＺｒＯ２纳米复合陶瓷．添加ＺｒＯ２可使 Ａｌ２Ｏ３－ＴｉＣ断裂方式由沿晶断裂转变为穿晶断裂．ＺｒＯ２纳米粒子弥散于基体中,其周围产生的应力集中可引发位错,起到亚晶界的作甲,并可使位错钉扎、堆积,阻碍位错运动,从而使复合陶瓷的力学性能得到明显改善：抗弯强度为７０６ＭＰａ,提高幅度达１９．８％;断裂韧性为 ６．３ ＭＰａ·ｍ１／２,提高幅度１８．９％;洛氏硬度为 ９４．４．     

共沉淀法原位合成无压烧结TiB2/B4C陶瓷复合材料

以TiCl4溶液和B4C粉末为主要原料,采用共沉淀、原位合成无压烧结技术制备了TiB2/B4C陶瓷复合材料.研究了原料配比、烧结温度对TiB2/B4C陶瓷复合材料的烧结性能、显微组织和力学性能的影响.通过X射线衍射、金相显微镜、扫描电镜等分析手段,分析了TiB2/B4C陶瓷复合材料的物相组成、显微组织和断裂特征.研究结果表明:当成分质量配比TiB2∶B4C为40∶60时,材料最大相对密度为98.5%T.D;在最佳成分配比下,随着烧结温度的升高,原位合成制备的TiB2/B4C陶瓷复合材料的密度、硬度、抗弯强度均为先升高后降低,材料的最佳烧结工艺为2050℃,1 h.在最佳烧结工艺下,TiB2/B4C陶瓷复合材料的密度、硬度、抗弯强度和断裂韧性达到最佳值分别为3.17 g/cm3,31.5GPa,381 MPa和5.1 MPa·m1/2.     

Na2B4O7对离心SHS陶瓷内衬复合钢管结构及性能的影响

利用ＸＲＤ、ＳＥＭ、ＥＤＸ等方法研究了Ｎａ２Ｂ４Ｏ７添加剂对离心ＳＨＳ陶瘊内衬复合钢管结构及性能的影响,结果表明添加Ｎａ２Ｂ４Ｏ７后,陶瓷层内外表面相组成存在差异,α－Ａｌ２Ｏ３在凝固收缩过程中抗裂纹能力提高,并且陶瓷层孔隙度大幅度下降,内表面光洁度得到显著改善。     

Al_2O_3/TiC复合陶瓷热震压痕裂纹扩展规律

对Al2O3／TiC复合陶瓷的热震性进行了试验,提出了利用热震裂纹扩展的临界尺寸,确定临界热震次数τc的方法。,试验表明利用该方法确定的Al2O3／TiC复合陶瓷的临界热震次数τc,与通过热震抗弯强度损失确定的临界热震次数τc是一致的。